JP2000295796A - 非接触電力供給装置 - Google Patents

非接触電力供給装置

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JP2000295796A
JP2000295796A JP11095938A JP9593899A JP2000295796A JP 2000295796 A JP2000295796 A JP 2000295796A JP 11095938 A JP11095938 A JP 11095938A JP 9593899 A JP9593899 A JP 9593899A JP 2000295796 A JP2000295796 A JP 2000295796A
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power
circuit
mutual inductance
side coil
power supply
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Naoto Sato
直人 佐藤
Masaki Maruyama
昌樹 丸山
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NTT Advanced Technology Corp
Tokin Corp
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NTT Advanced Technology Corp
Tokin Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 送電コイルの対向位置に正規の受電コイル以
外の金属物体が配置された場合でも、非接触電力を供給
する給電回路のみを用いて、異常な給電および金属物体
の発熱を回避し省電力化できる。 【解決手段】 送電側ＬＣ並列共振回路１４の送電側コ
イルが対向し磁気誘導作用をもって結合する物体を、相
互インダクタンス検出部１７の周波数追従回路１８が発
生する共振周波数により検出し、この結果、負荷検出回
路１９が最大の電力伝送量を検出した際に正規の受電側
ＬＣ並列共振回路２１が配置されたと判断して、発振回
路１６は電力を伝送する伝送周波数を連続発振する。他
方、上記状態以外で発振回路１６は間欠発振すると共に
伝送周波数以外の周波数を発振し、送電側電圧制御回路
１２または電流制限抵抗１３により電力伝送量を低減す
る共振周波数の省電力化が図られている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、間隙を介して対向
する受電側コイルとの間に電磁誘導作用を利用して非接
触で電力を供給する送電側コイルを有する非接触電力供
給装置に関し、特に、非接触電力を供給する送電側コイ
ルを用いて送電コイルの対向位置に正規の受電コイル以
外の金属物体が配置されたことを検出でき、かつこの場
合、異常な給電および金属物体の発熱を回避しかつ省電
力化できる非接触電力供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の非接触電力供給装置、例
えば図４に示されるような非接触電力供給装置１００で
は、交流を整流する直流供給回路１１が送電側電圧制御
回路１２および電流制限抵抗１３を介して送電側ＬＣ並
列共振回路１４に直流を供給し、送電側ＬＣ並列共振回
路１４が発振回路１１６をゲ−トに接続したシン・フィ
ルム・トランジスタ、すなわちＴＦＴ１５を接続してい
る。
【０００３】送電側ＬＣ並列共振回路１４には、図５に
示されるように、送電側コイル１０１を内蔵しており、
非接触電力受給機器２０の受電側ＬＣ並列共振回路２１
には受電側コイル２０１を内蔵している。送電側コイル
１０１および受電側コイル２０１が図示されるように間
隙３００をもって対向する所定の位置に配備される場
合、電磁誘導作用により共振周波数が発生して受電側Ｌ
Ｃ並列共振回路２１に電流が発生するので、電力を非接
触で伝送することができる。
【０００４】図５に示されるように、対向配置された送
電側コイル１０１および受電側コイル２０１を挟む位置
で両側に軟磁性体による送電側コア１０２および受電側
コア２０２それぞれを備えることにより磁束通路が確保
されるので電力の伝送効率が大幅に上昇する。
【０００５】しかしながら、図６に示されるように、受
電側コイル２０２が電力伝送を受ける位置として送電側
ケース１００の上に、受電側コイル２０２ではなく、例
えばコイン４００などのような金属物体が置かれた場
合、特に送電側コア１０２が密着する構造では送電側コ
イル１０１とコイン４００などとの結合により磁束路が
容易に形成され、共振による激しい磁束の流れはコイン
４００などの金属を発熱させる恐れがある。
【０００６】このような問題点を解決するため、従来で
は、非接触電力の受給機器が受電する際に配置される受
電側コイルの位置に金属物体を置くことができないよう
に電力伝送のない場合にはその場所にトランスを置く、
または非接触電力受給機器から電力伝送とは別の非接触
手段、例えば電磁波または光などの通信を用いた駆動信
号を受けるまで非接触電力供給装置が駆動できないよう
に構成されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の非接触
電力供給装置では、非接触電力受給機器の受電側コイル
が置かれる位置の金属物体が発熱することを回避するた
め、非接触電力を供給する給電回路以外に、トランスな
どの部品または電力供給を駆動する駆動信号を授受する
ための通信設備などが余分に必要であるという問題点が
ある。
【０００８】また、図４で示されるような電流制限抵抗
を送電回路に挿入した場合、この損失は避けられない。
【０００９】本発明の課題は、このような問題点を解決
して、非接触電力を供給する給電回路のみを用いて、送
電コイルの対向位置に正規の受電コイル以外の金属物体
が配置された場合に、異常な給電および金属物体の発熱
を回避しかつ省電力化できる非接触電力供給装置を提供
することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明による非接触電力
供給装置は、間隙を介して対向する受電側コイルとの間
に電磁誘導作用を利用して非接触電力を供給する送電側
コイルを有するものであり、送電側コイルが間隙を介し
て配置される物体と電磁誘導作用により結合する際に生
じる相互インダクタンスの変化を検出して送電側コイル
から供給する電力量を制御する相互インダクタンス検出
手段を備えている。
【００１１】この構成により、送電側コイルに対向する
場所に正規の受電側コイルが位置した場合の相互インダ
クタンスを予め設定し、この相互インダクタンス値を検
出することにより、配置されたものが正規の受電側コイ
ルであることを認知して、正規の給電を実行することが
できる。従って、送電コイルの対向位置に正規の受電コ
イル以外の金属物体が配置された場合でも、非接触電力
を供給する給電回路のみを用いて、異常な給電および金
属物体の発熱を回避し省電力化できる。
【００１２】例えば、図７に示されるように、非接触電
力供給装置が、正規に受電側コイルが配置された場合の
共振周波数１８０ｋＨｚを発振周波数にもつ場合、コイ
ンなどの広い面積を有する金属物体では２１０ｋＨｚ以
上の共振周波数を発生し、クリップなどの細い金属物体
では１８０ｋＨｚから２１０ｋＨｚまでの間の共振周波
数を有することが知られている。
【００１３】すなわち、相互インダクタンス値を検出す
る具体的な手段の一つは、共振周波数を検出することで
よい。また、更に確実な条件は、正規の受電側コイルに
対応する相互インダクタンス値を共振周波数により検出
すると共に正規な共振周波数において給電電力量が増大
することである。
【００１４】一方、上記条件以外、すなわち配置された
ものが正規の受電側コイル以外の場合には、非接触電力
供給装置が内蔵する発振回路を間欠発振に制御すること
または電流制限抵抗を挿入して負荷を増加させることに
より発生電力の省電力化を可能とし、更に、無用な発熱
を回避することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。
【００１６】図１は本発明の実施の一形態を示す機能ブ
ロック図である。図１に示された非接触電力供給装置１
０では、直流供給回路１１、送電側電圧制御回路１２、
電流制限抵抗１３、送電側ＬＣ並列共振回路１４、ＴＦ
Ｔ１５、発振回路１６、および相互インダクタンス検出
部１７が備えられるものとする。
【００１７】従来と相違する点は、相互インダクタンス
検出部１７が送信側ＬＣ並列共振回路１４と接続して非
接触電力を供給する給電回路の帰還回路を形成し、非接
触電力受給機器２０における受電側ＬＣ並列共振回路２
１との相互インダクタンスを検出して、送電側電圧制御
回路１２および電流制限抵抗１３を制御すると共に発振
回路１６の発振周波数を切替制御していることである。
【００１８】本実施の形態では相互インダクタンス検出
部１７として、周波数追従回路１８および負荷検出回路
１９が備えられるものとするが、変化する相互インダク
タンスが検出できるものであれば他の回路構成でもよ
い。
【００１９】直流供給回路１１は、交流を整流した直流
を、送電側電圧制御回路１２および電流制限抵抗１３を
介して送電側ＬＣ並列共振回路１４へ供給する。送電側
電圧制御回路１２は、相互インダクタンス検出部１７の
制御を受け、送電側電圧を変化させて正規の非接触電力
受給機器２０の受電側ＬＣ並列共振回路２１が正常位置
に配置された際に用いられる定格電圧に自動的に設定す
るものとする。電流制限抵抗１３は、相互インダクタン
ス検出部１７の制御を受け、送電側電流を変化させるこ
とにより電力伝送量を制御することができる。
【００２０】送電側ＬＣ並列共振回路１４は、図５に示
されるような、送電側コイル１０１および送電側コア１
０２が含まれており、発振回路１６をゲ−トに接続する
ＴＦＴ１５を接続して、受電側ＬＣ並列共振回路２１の
受電側コイル２０１と電磁誘導作用をもって結合され
る。
【００２１】発振回路１６は、出力をＴＦＴ１５に接続
し、すでに説明した図７における１８０ｋＨｚを伝送周
波数として、または２１０ｋＨｚを初期周波数として発
振すると共に相互インダクタンス検出部１７から送電側
ＬＣ並列共振回路１４の共振周波数および負荷の検出値
を受け、伝送周波数１８０ｋＨｚの連続発振もしくは間
欠発振、または初期周波数２１０ｋＨｚの間欠発振を切
り替えるものとする。機能動作の詳細は後で図３を参照
して説明する。
【００２２】図２には間欠発振の一例が示されている。
図示される間欠発振の場合、発振時間ｔの周波数パルス
が間隔時間ｎｔにより発振しているので、伝送量を「ｎ
分の１」に低減することができる。
【００２３】相互インダクタンス検出部１７では、周波
数追従回路１８が送電側ＬＣ並列共振回路１４の共振周
波数を検出して追従し、発振回路１６および負荷検出回
路１９へ出力する。負荷検出回路１９は周波数追従回路
１８から受けた共振周波数のレベルを検出して送電側電
圧制御回路１２および発振回路１６に出力する。また、
負荷検出回路１９は電流制限抵抗１３の抵抗値制御を行
なうことができる。
【００２４】次に、図３に図１、２および図５〜７を併
せ参照して本発明の機能動作手順について説明する。
【００２５】非接触電力供給装置１０に交流電源が投入
（手順Ｓ１）された際には、直流供給回路１１が、投入
された交流電源を直流変換し、送電側電圧制御回路１２
および電流制限抵抗１３を介して送電側ＬＣ並列共振回
路１４およびＴＦＴ１５に供給する。ＴＦＴ１５のゲ−
トに接続される発振回路１６は、予め定められた初期周
波数２１０ｋＨｚを間欠発振（手順Ｓ２）する。
【００２６】この状態で、図５に示されるように、受電
側ＬＣ並列共振回路２１の受電側コイル２０１が送電側
ＬＣ並列共振回路１４の送電側コイル１０１と正規位置
で磁気結合している場合には、ＬＣ並列共振回路による
共振周波数が発信回路１６により発振される初期周波数
２１０ｋＨｚから変化（手順Ｓ３のＹＥＳ）を起こすの
で、周波数追従回路１８はこの共振周波数を追従して発
振回路１６へ送る。
【００２７】発振回路１６は、受ける共振周波数が１８
０ｋＨｚに達した（手順Ｓ４のＹＥＳ）際には伝送周波
数１８０ｋＨｚを発振し、所定時間が継続した（手順Ｓ
５のＹＥＳ）後に間欠発振から切り替えて連続発振（手
順Ｓ６）に設定する。この結果、電力の伝送量は最大と
なる。一方、発振回路１６は、正規の電力伝送における
所定負荷を予め設定してあり、負荷検出回路１９から所
定負荷の通知を受けている（手順Ｓ７のＹＥＳ）間、手
順は上記手順Ｓ６に戻って伝送周波数１８０ｋＨｚの連
続発振を継続し、電力の最大伝送量を確保する。
【００２８】一方、送電側ＬＣ並列共振回路１４の送電
側コイル１０１に対し非接触電力受給機器２０またはコ
インなどの金属物体の結合がない場合には、上記手順Ｓ
３が「ＮＯ」で共振周波数の変化がなく、手順は上記手
順Ｓ２に戻って初期周波数２１０ｋＨｚの間欠発振を継
続する。
【００２９】また、図６に示されるように、コイン４０
０類が置かれた場合には、図７に示されるように初期周
波数２１０ｋＨｚから上昇する変化を起こすので伝送周
波数１８０ｋＨｚにはならず、上記手順Ｓ４の「ＮＯ」
から手順は上記手順Ｓ２に戻って手順を繰り返し、発振
回路１６は初期周波数２１０ｋＨｚの間欠発振を継続す
る。
【００３０】また、クリップ類が置かれた場合には、図
７に示されるように初期周波数２１０ｋＨｚから下降す
る変化を起こすが、伝送周波数１８０ｋＨｚには達しな
いので、上記同様、手順Ｓ４の「ＮＯ」から手順は上記
手順Ｓ２に戻って手順を繰り返し、発振回路１６は初期
周波数２１０ｋＨｚの間欠発振を継続する。
【００３１】また、上記手順Ｓ４が「ＹＥＳ」で伝送周
波数１８０ｋＨｚに達した場合でも手順Ｓ５が「ＮＯ」
で所定時間が経過していない場合には、一時的な１８０
ｋＨｚ共振周波数で正規の非接触電力受給機器２０が置
かれたものではないと判断して手順は上記手順Ｓ２に戻
って手順を繰り返し、発振回路１６は初期周波数２１０
ｋＨｚの間欠発振を継続する。
【００３２】更に、上記手順Ｓ６で伝送周波数１８０ｋ
Ｈｚが連続発振される場合でも、上記手順Ｓ７が「Ｎ
Ｏ」で所定の負荷に達しない場合には、結合相手が非接
触電力の伝送を必要とする正規の非接触電力受給機器２
０ではないと判断して手順は上記手順Ｓ２に戻って手順
Ｓ７の「ＮＯ」までの手順を繰り返す。また、正規の非
接触電力受給機器２０を正規の位置から取り外した場合
には、上記手順Ｓ６および上記手順Ｓ７の「ＹＥＳ」を
繰り返すという所定負荷の伝送周波数１８０ｋＨｚの連
続発振を継続した状態から、上記手順Ｓ７が「ＮＯ」と
なって所定の負荷ではなくなるので、上記手順Ｓ２に戻
って、発振回路１６は初期周波数２１０ｋＨｚの間欠発
振に変化する。
【００３３】上記説明による手順は電源が遮断された時
点で停止し、非接触電力供給装置は初期状態に復旧して
電源の投入を待つ。
【００３４】上記説明では、相互インダクタンスの検出
を共振周波数の追従で行なうと図示して説明したが他の
手段であってもよい。
【００３５】また、上記説明では、機能ブロックおよび
動作手順を図示して説明したが、機能ブロックの機能の
分離併合、または動作手順の平行動作、前後の入れ替え
などは上記機能を満たすものであれば自由であり、上記
説明が本発明を限定するものではない。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、送
電コイルの対向位置に正規の受電コイル以外の金属物体
が配置された場合でも、非接触電力を供給する給電回路
のみを用いて、異常な給電および金属物体の発熱を回避
し、省電力化できるという効果を得ることができる。
【００３７】その理由は、送電側コイルと磁気誘導方式
で結合する物体が正規の受電側コイルの場合、共振周波
数が伝送周波数として固定すると共に電力の伝送量が増
大することを利用し、送電側コイルに対向する場所に正
規の受電側コイルが配置されたことを検出して正常に給
電することができるからである。この検出は、上記説明
の通り相互インダクタンスを検出することにより可能で
ある。
【００３８】更に、正規の受電側コイルが配置されてい
ないことを検出した際には、共振を検出する発振周波数
を周期的とする間欠発振、または共振回路への電圧また
は電力を制限することなどにより省電力化を図ることが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態を示す機能ブロック図で
ある。
【図２】本発明の実施の一形態を示す間欠発振の説明図
である。
【図３】本発明の実施の一形態を示すフローチャートで
ある。
【図４】従来の一例を示す機能ブロック図である。
【図５】送電側および受電側で対向するコイルの相対位
置の一形態を示す断面説明図である。
【図６】送電側コイルで、受電側で対向する位置に金属
物体が配置される一形態を示す断面説明図である。
【図７】受電側の磁気結合物体の種別と共振周波数との
関係の一形態を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 非接触電力供給装置 １１ 直流供給回路 １２ 送電側電圧制御回路 １３ 電流制限抵抗 １４ 送電側ＬＣ並列共振回路 １５ ＴＦＴ １６ 発振回路 １７ 相互インダクタンス検出部 １８ 周波数追従回路 １９ 負荷検出回路 ２０ 非接触電力受給機器 ２１ 受電側ＬＣ並列共振回路 １０１ 送電側コイル １０２ 送電側コア
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸山 昌樹 東京都武蔵野市御殿山一丁目１番３号 エ ヌ・ティ・ティ・アドバンステクノロジ株 式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 間隙を介して対向する受電側コイルとの
    間に電磁誘導作用を利用して非接触電力を供給する送電
    側コイルを有する非接触電力供給装置において、前記送
    電側コイルが前記間隙を介して配置される物体と電磁誘
    導作用により結合する際に生じる相互インダクタンスの
    変化を検出して、前記送電側コイルから供給する電力量
    を制御する相互インダクタンス検出手段を備えることを
    特徴とする非接触電力供給装置。
  2. 【請求項２】 請求項１において、対向する受電側コイ
    ルと前記送電側コイルを挟み込む側に磁束路を形成する
    軟磁性体を備えることを特徴とする非接触電力供給装
    置。
  3. 【請求項３】 請求項１において、相互インダクタンス
    検出手段は、相互インダクタンスの変化による共振周波
    数の変化に、発振周波数を追従させる手段を備えること
    を特徴とする非接触電力供給装置。
  4. 【請求項４】 請求項３において、相互インダクタンス
    検出手段は、追従する発振周波数を監視し、所定の発振
    周波数を検出して受電側コイルとの結合を判定すること
    を特徴とする非接触電力供給装置。
  5. 【請求項５】 請求項１において、相互インダクタンス
    検出手段は、相互インダクタンスを検出して前記配置さ
    れた物体が非接触電力を受給する受電側コイルであるこ
    とを検出することを特徴とする非接触電力供給装置。
  6. 【請求項６】 請求項５において、前記相互インダクタ
    ンス検出手段は、検出する相互インダクタンスから前記
    配置された物体が非接触電力を受給する受電側コイル以
    外であることを検出した際には、発振回路に指示して間
    欠発振とすることを特徴とする非接触電力供給装置。
  7. 【請求項７】 請求項５において、前記相互インダクタ
    ンス検出手段は、検出する相互インダクタンスから前記
    配置された物体が非接触電力を受給する受電側コイル以
    外であることを検出した際に、前記送電側コイルを含む
    共振回路への電流入力回路に電流を制限する電流制限抵
    抗を挿入することを特徴とする非接触電力供給装置。
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